PCB 설계 과정이 엔지니어링 커리큘럼에서 필수인 이유

반도체가 인체의 장기와 같다면 인쇄 회로 기판(PCB)은 전자 장치의 구조를 구성하는 뼈대 및 혈관과 같습니다. PCB가 없다면 오늘날 우리가 알고 있는 현대의 전자 제품은 실현 불가능하며, PCB는 앞으로도 당분간 전자 부품의 패키징으로 계속 사용될 것입니다. 스마트폰부터 가전제품에 이르기까지 전자기기의 PCB는 제품이 제 기능을 발휘할 수 있도록 정밀하게 설계되고 세심하게 제작되어야 합니다.

오늘날 출시되는 모든 전자 제품에서 PCB의 중요성이 명백한데도 대학 시스템이 인쇄 회로 설계와 제조에 중점을 둔 교육 프로그램 육성에 크게 관심을 두지 않는다는 사실을 알면 놀라실 겁니다. 무어의 법칙 준수에 필요한 거대한 엔지니어링 한계를 고려할 때 반도체 산업이 두각을 나타낸 것은 당연합니다. 그 결과 PCB는 종종 컴퓨터 칩을 연결하는 과장된 방법으로 간주되기도 합니다.

회로 기판이 제대로 설계되고 제조되지 않으면 우리가 즐겨 사용하고 의존하는 전자 제품 중 어느 것도 제대로 작동하지 않는 것이 현실입니다. 회로 기판 설계 및 제조에는 전자공학 이외의 다른 엔지니어링 분야도 활용됩니다. PCB 설계 교육 과정은 학생들이 설계와 제조 방정식의 두 가지 측면에 모두 능숙해질 수 있도록 지원하며 취업 시 더 가치 있는 재원이 될 수 있도록 도울 수 있습니다.

엔지니어링 과정이 PCB 설계를 포함하는 이유

PCB 설계는 물리적 제품 설계에 중점을 두고 전기 및 전자 공학의 많은 기본 개념을 결합합니다. 제조 가능한 PCB의 구현은 기본적인 전기 공학 개념에 기반한 규칙으로 복잡한 퍼즐을 푸는 것과 비슷합니다. 모든 프로젝트에 존재하는 다양한 엔지니어링 도전 과제를 해결하는 즐겁고 보람 있는 직업입니다.

PCB 설계는 재미있다는 사실 외에도 전자 분야에서 중요한 역할을 하지만 최근에는 거의 주목을 받지 못하고 있습니다. 따라서 현재 인력이 은퇴함에 따라 향후 수십 년간 숙련된 PCB 설계자의 필요성이 더욱 커질 것으로 예상됩니다. PCB 설계 교육 과정은 학생들이 하드웨어 엔지니어링을 직업으로 추구하는 경우 유리한 출발점을 제공합니다. 학생들이 정규 전기 공학 커리큘럼의 일부로 PCB 설계 교육 과정을 수강한다면 몇 가지 중요한 이점을 얻을 수 있습니다.

산업 설계 절차 및 소프트웨어에 대한 경험

PCB 설계는 설계 팀을 제품 개념에서 다른 엔지니어링 분야보다 더 면밀하게 제조 가능한 설계로 유도하는 특정 엔지니어링 워크플로우를 준수합니다. 학생들은 PCB 설계 교육 과정 중에 전자 산업 전반에서 사용되는 표준화된 워크플로우를 접하게 됩니다. 이 PCB 설계 소프트웨어는 워크플로우를 실행하여 학생들에게 전문적인 환경에서 실제 프로젝트가 어떻게 완료되는지 관찰할 수 있는 기회를 제공합니다. 이는 일반적으로 학생이 인턴십에 참여해야만 얻을 수 있는 귀중한 경험입니다.

여러 엔지니어링 분야를 결합한 PCB 설계

PCB 설계의 핵심은 전기 공학에 기반을 두고 있으며 학생들은 종종 단일 설계를 작업할 때 디지털, 아날로그, 전력 및 마이크로파 전자공학의 개념을 바탕으로 작업해야 합니다. 설계자는 다양한 엔지니어링 분야의 개념을 활용하여 회로도, 물리적 레이아웃을 완성하고 결국에는 모든 프로젝트에서 완전히 제조 가능한 설계를 완성해야 합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 기본 회로 설계 및 회로도 캡처
• SPICE에서 풀 웨이브 3D 필드 솔버에 이르는 시뮬레이션 및 분석
• 기계적 제약 조건이 있는 물리적 레이아웃
• 전자기학 개념, 특히 파장 전파 및 반사에 관한 개념

단일 PCB 프로젝트가 매우 다양한 엔지니어링 분야의 아이디어를 통합할 수 있다는 점을 고려할 때 PCB 설계는 실제 환경에서 이러한 전문 분야의 융합을 보여줄 수 있는 절호의 기회를 제공합니다. 학위를 취득한 후 PCB 업계에 종사하지 않더라도 학생들은 취업 후에 여러 분야의 협업 엔지니어링 프로젝트 유형을 경험하게 될 것입니다.

제조 환경 경험

하드웨어 엔지니어링은 궁극적으로 대량 생산이 가능한 설계를 개발하는 데 초점을 맞추고 있습니다. PCB 설계는 제조 공정이 물리적 레이아웃을 구성할 때의 제약을 고려한 제조용 설계(DFM)에 중점을 둡니다. PCB 설계는 학생들에게 DFM 전략에 대한 훌륭한 입문서를 제공하며 제조 제약 조건이 적용되는 프로젝트를 처리하기 위한 사고 프로세스를 개발하는 데 도움을 줍니다. DFM에 대한 이해가 높은 학생들은 바로 업무에 투입되어 대량으로 생산할 수 있는 제품에 대한 작업을 시작할 수 있습니다.

학생들은 PCB 제조 공정 경험 덕분에 PCB 제조 분야에 종사하는 것에 흥미를 가지게 될 수 있습니다. 온쇼어링이 새롭게 강조되고 첨단 제조 기술에 대한 신규 투자로 인해 학생들은 이 분야에서 재미있고 흥미로운 엔지니어링 과제를 발견하게 될 것입니다. PCB 설계 교육 과정은 학생들이 제조업에서 성공적인 커리어를 준비하는 데 도움을 줄 수 있습니다.
학생들은 본격적인 제조 단계로 넘어가기 전에 기능적인 프로토타입과 개념 증명 구축을 통해 프론트엔드 설계 및 엔지니어링 프로세스에 대한 훌륭한 경험을 얻을 수 있습니다. 학생들의 역량과 이해도를 높이는 다음 단계는 1차 프로토타입의 기능에 맞는 맞춤형 회로 기판을 설계하고 생산하는 것입니다. 펜실베니아 대학교 공학 및 응용과학대학의 ESE Lab 프로그램 책임자인 Siddharth Deliwala는 다음과 같이 말합니다.
"프로토타이핑 기술을 이해하는 것은 ECE 학생들이 RF 및 고속 디지털 설계 분야에서 훌륭한 설계자가 되기 위한 필수적인 단계입니다. Altium Education은 학생들이 고급 엔지니어링 수업을 듣기 전에 수강할 수 있는 PCB 설계에 대한 완벽한 입문서입니다."

PCB 설계자의 수요 증대

결정적으로 가장 중요한 점은 인력 부족으로 인해 향후 수십 년간 PCB 설계자들의 수요가 더욱 늘어날 것으로 전망된다는 점입니다. 현재 북미의 PCB 설계자 대다수가 정년에 가까워지면서 이미 인력 위기가 다가오고 있습니다. 최근 Printed Circuit Design & Fab(PCD&F) 잡지에서 발표된 조사 결과에 따르면 북미 PCB 설계자 업계의 인력 부족은 더욱 심화될 것으로 예상됩니다. 설문 조사 결과는 다음과 같습니다.

• 디자이너의 61%가 50세 이상이라고 답했으며, 35세 미만은 23%에 불과했습니다.
• 디자이너의 55%는 향후 10년 내에 퇴직할 예정입니다.
• 이 중 25% 이상이 향후 5년 이내에 정년 퇴직할 예정입니다.
• 고령화로 인해 디자이너의 78%는 향후 15년 이내에 더 이상 해당 분야에 종사하지 않을 것이라고 말했습니다.

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전자 업계와 학계는 다음 세대 설계 엔지니어를 양성할 기회와 책임이 있습니다. Altium은 전례 없는 인력 부족과 온라인에서 양질의 교육 리소스를 찾는데 큰 어려움을 겪는 문제를 해결하기 위해 고등학교, 지역 전문대학, 종합 대학을 대상으로 무료 교육 프로그램을 제공하기 시작했습니다.

Altium Education 프로그램을 통해 강사와 학생들은 업계 최고 수준의 PCB 설계 교육 컨텐츠를 자체 커리큘럼 또는 독립 학습에 통합할 수 있습니다. 이 커리큘럼은 모듈 형식으로 사용하도록 설계되었으며 강사는 개별 모듈을 기존 엔지니어링 과정에 통합하거나 전체 교육 과정을 그대로 사용할 수 있습니다. PCB 설계에 관심이 있는 학생들은 이 과정을 독립적으로 수강할 수도 있습니다. 가장 좋은 점은 이 강좌들이 무료로 제공된다는 것입니다. 교육 기관에서 발급한 유효한 이메일 주소가 있는 학생은 Altium Designer의 교육용 라이선스를 요청하여 교육 과정에 포함된 설계 예제를 통해 작업할 수 있습니다.

대학생을 위한 Altium 교육 커리큘럼에 대해 자세히 알아보고 싶다면 지금 바로 수강 신청하시기 바랍니다. 무료로 가입하고 교육 리소스를 살펴볼 수 있습니다. 이러한 리소스가 학생 여러분이 전기 공학 교과 과정에서 PCB 설계 개념을 활용하는 동기를 부여할 수 있기를 바랍니다.